Удлиненный кумулятивный заряд

Изобретение относится к взрывным работам, в частности, к области разработки кумулятивных зарядов линейного типа большого могущества, дешевых в производстве, простых и относительно безопасных в эксплуатации, предназначенных, в первую очередь, для ведения демонтажных работ различных крупногабаритных сооружений (как металлических, так и бетонных, железобетонных), а также утилизации тяжелой военной техники и вооружений.

Известны (Средства поражения и боеприпасы: Учебник / А.В. Бабкин, В.А. Вельданов, Е.Ф. Грязнов и др.; Под общ. ред. В.В. Селиванова. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2008, с. 504, табл. 6.11) и широко применяются на практике для решения задач взрывной резки различных металлических конструкций шнуровые кумулятивные заряды (ШКЗ) и их модернизированные варианты - ШКЗ-М, представляющие собой профилированный пруток эластичного взрывчатого вещества типа ЭГ-85 на основе гексогена с кумулятивной выемкой вдоль образующей заряда, облицованной гибкой лентой из металлизированного состава или с металлополимерным покрытием. ШКЗ выпускаются шести марок (от ШКЗ-1 до ШКЗ-6), отличающихся друг от друга геометрическими размерами (соответственно - массой взрывчатого вещества (ВВ) на единице длины заряда) и длиной (от 1 до 50 метров). Максимальная толщина разрезаемой стальной преграды изменяется от 4 до 25 мм (для ШКЗ-1 и ШКЗ-6 соответственно); масса ВВ (без облицовки) при этом колеблется от (65±15) г/м до (730±40) г/м. ШКЗ-М выпускаются семи типоразмеров, пробивной способностью обладают той же, что и ШКЗ, но чуть дешевле последних. Преимуществом ШКЗ (ШКЗ-М) является простота в обращении с ними, удобство при раскладке их по преградам сложного профиля (минимальный радиус кривизны преграды - от 5 до 25 мм).

Недостатками таких зарядов являются не достаточно большая толщина перерезаемой преграды (до 25 мм по стали 3), небольшой гарантийный срок хранения, практическая невозможность работы с ним при отрицательных температурах окружающей среды, трудности закрепления на вертикальных поверхностях большой протяженности и очень высокая их стоимость.

Известны (ТУ 3-2650-92. Удлиненные кумулятивные заряды прокатанные. Технические условия, Сам ПИ, 1992) удлиненные кумулятивные заряды, прокатанные - УКЗ-П, представляющие собой линейный заряд высокобризантного кристаллического ВВ (гексогена) в металлической оболочке (медной, алюминиевой, латунной) с профилированной вдоль образующей кумулятивной выемкой. Благодаря примененной прогрессивной технологии изготовления таких зарядов производительность процесса превосходит практически все остальные, применяемые при производстве корпусных (в металлической оболочке) удлиненных кумулятивных зарядов. Максимальная толщина перерезаемой стальной (сталь 3) преграды выпускаемыми на сегодняшний день такими зарядами составляет 35…40 мм (для УКЗ-П-50) при массе ВВ в таких зарядах 1200 г/м. В принципе, дальнейшее увеличение калибра УКЗ-П не должно представлять большой технической сложности, но это приведет к существенному увеличению и массы ВВ в таких зарядах, а, следовательно, и к их удорожанию, что сделает процесс утилизации металла экономически не выгодным.

Известны (патент РФ №2282817 С2, МПК F42B, опубл. 27.08.2006) УКЗ, изготавливаемые также прокаткой пластичной металлической трубной заготовки, заполненной порошкообразным высокобризантным ВВ, через несколько последовательно расположенных клетей, состоящих из двух (верхнего и нижнего) приводных роликов. Профилируется заряд, имеющий в сечении форму сегмента. Таким способом предлагается изготавливать заряды диаметром до 1230 мм и длиной до 10 м. Расчетная величина уплотнения ВВ в таких УКЗ (по заверениям авторов) может достигать величины 1,7 и больше. Однако, из-за использования в качестве снаряжения в таких зарядах в большом количестве мощных высокобризантных индивидуальных ВВ (гексогена, октогена) стоимость УКЗ будет чрезмерно высокой. Кроме того, не оптимальная форма кумулятивной выемки не может обеспечить получение высокой эффективности (отношения предельной толщины пробития преграды к массе ВВ на единице длины) заряда.

Известны (патент РФ №2035249 С1, МПК B21D, опубл. 20.05.95) линейные кумулятивные заряды, представляющие собой фрагменты одноканальных шашек баллиститного пороха (типа РСИ, НДСИ), разрезанных вдоль образующей на две одинаковые части, с облицовкой канала (кумулятивной выемки) металлом или без таковой. Технология таких зарядов отличается чрезвычайной простотой. Кроме того, в производство идут подлежащие уничтожению устаревшие заряды к снарядам реактивных систем залпового огня. Однако, к настоящему времени программа уничтожения таких зарядов практически завершена. Изготовление специальной оснастки и организация производства УКЗ из баллиститных порохов для ведения демонтажных работ и получения металлолома - очень дорогое «удовольствие». Другой недостаток таких УКЗ - не высокая пробивная способность.

Известны (Е.Ф. Жегров, Ю.М. Милехин, Е.В. Берковская. Химия и технология баллиститных порохов, твердых ракетных и специальных топлив. Т. 1. Химия: Монография - М.: РИЦ МГУП им. И.Федорова, 2011, с. 373-377, фиг. 135-139, табл. 111) заряды кумулятивные линейные на баллиститной основе - ЗКЛБ на основе мощного взрывчатого баллиститного состава типа РТГ, (скорость детонации 7400-7500 м/с, критический диаметр детонации менее 10 мм). Внешне они схожи с описанными выше ШКЗ (ШКЗ-М) с теми отличиями, что профиль кумулятивной канавки имеет вид как параболы, так и уголка, а металлополимерное покрытие наносится как только на кумулятивную выемку, так и на весь заряд. Отработана технология изготовления ЗКЛБ диаметром от 20 до 110 мм (ЗКЛБ-20…ЗКЛБ-110) с массой заряда от 358 до 10930 г/м и с пробивной способностью от 1 до 55 мм (по стали 3). Несмотря на то, что ЗКЛБ разрабатывались специально для ведения демонтажных работ и разделки металлоконструкций в металлолом, практического применения эти заряды не получили из-за чрезвычайно большой их стоимости. Другим недостатком ЗКЛБ являются мощные ударно-волновые воздушные и сейсмические нагрузки, возникающие при их подрывах.

Известен (патент РФ №2065559 С1, МПК F42B, опубл. 20.08.96) удлиненный кумулятивный заряд - УККЗ, заполняемый жидким ВВ непосредственно на месте ведения взрывных работ после размещения на разделяемой преграде. УККЗ представляет собой полую оболочку - однополостный цилиндрический контейнер, поперечным сечением которого является фигура, образуемая из нескольких (от 2-х до 5-ти) одинаковых сопряженных между собой лепестков, формирующих кумулятивные выемки. Для решения задач демонтажа конструкций и сооружения вполне достаточно удлиненного кумулятивного заряда с одной кумулятивной выемкой, поэтому ограничимся рассмотрением конструкции заряда, сечением которого является фигура, образуемая сопряжением двух одинаковых лепестков (фиг. 3 и 7 описания патента). В качестве материалов оболочек используются металлы и сплавы, а также полимерные композиции с плотностью не менее 1,0 кг/дм. В качестве снаряжения (взрывчатого вещества) таких зарядов используют жидкие ВВ класса панкластитов, представляющие собой смесь жидких окислителя и горючего, хранящихся в отдельных емкостях. Смешивание их происходит непосредственно перед применением УККЗ. Существенным недостатком УККЗ является то, что для снаряжения его используется ВВЖИМИ (Взрывчатое Вещество Жидкое, Изготавливаемое на Месте Использования), в котором в качестве окислителя применяется высокотоксичное соединение - тетраоксид азота N₂ О₄ (окислитель жидких ракетных топлив - AT или «амил»). Пары N₂O₄ - кровяной яд. Вдыхание в течение одного часа воздуха, содержащего 0,5 мг/л тетраоксида азота, вызывает опасное для жизни отравление. Предельно-допустимая концентрация (ПДК) его в воздухе составляет 0,005 мг/л в пересчете на N₂O₅. В дополнение к этому AT имеет очень узкий температурный интервал эксплуатации: от -10°С до +20°С (температура плавления его составляет -11,2°С, температура кипения - +21,1°С), что весьма затрудняет работу с ним в зимнее время.

Дополнительным недостатком УККЗ является относительно не высокая их эффективность и потребность в дополнительном технологическом оборудовании для хранения компонентов ВВЖИМИ на месте выполнения работ и заполнения ими оболочек.

Известен (патент РФ №2361170 С1, МПК F42B, опубл. 10.07.2009) удлиненный кумулятивный заряд, выполненный по аналогичной описанной в предыдущем патенте схеме (полая оболочка с профилированной вдоль образующей кумулятивной выемкой, заполняемая взрывчатым веществом непосредственной перед применением заряда) с тем основным отличием, что в качестве ВВ используется пастообразное взрывчатое вещество, не наносящее такого вреда здоровью исполнителям взрывных работ и окружающей среде, как окислитель ВВЖИМИ - азотный тетрэоксид. За счет использования в качестве снаряжения в предложенных УКЗ мощных бризантных пастообразных (или пластизольных) ВВ эффективность таких зарядов выше, чем у УККЗ. Однако они также требуют применения достаточно громоздкого, сложного дополнительного технологического оборудования, что также приводит к удорожанию процесса разделки объектов утилизации; кроме того, стоимость пастообразных ВВ существенно выше стоимости компонентов ВВЖИМИ.

Известен (патент РФ №2304271 С1, МПК F42B, опубл. 10.08.2007) удлиненный кумулятивный заряд достаточно простой конструкции, снаряжаемый дешевым порошкообразным (кристаллическим) ВВ повторного применения, высвобождаемым из утилизируемых боеприпасов и ряда крупногабаритных зарядов смесевых твердых ракетных топлив, предложенный специально для разделки на металлолом громоздких конструкций и сооружения. УКЗ содержит заполненную ВВ тонкостенную оболочку из высокопластичного материала (например, из железа или мягкой стали) с выполненной вдоль ее образующей V-образной кумулятивной выемкой и размещенным внутри снаряжения по всей длине заряда вдоль его оси зарядом - раздатчиком детонационной команды, выполненным из детонирующего удлиненного заряда некумулятивного типа высокобризантного ВВ (гексогена, октогена) в металлической оболочке, имеющего круговое или эллиптическое сечение и расположенного на вертикальной оси сечения УКЗ напротив апекса кумулятивной выемки на расстоянии 1/5…1/3 его наружного диаметра от внутренней стенки оболочки. Между снаряжением УКЗ и внутренней поверхностью облицовки кумулятивной выемки размещена с плотным прилеганием (без воздушного зазора) к облицовке выемки тонкая (толщиной 0,1…0,2 мм) прокладка из полимерного материала.

Данное устройство принято в качестве наиболее близкого известного к заявляемому. Преимуществом его по сравнению с перечисленными ранее аналогами являются высокая эффективность (пробивное действие, отношение предельной глубины внедрения в преграду кумулятивного ножа к массе снаряжения - ВВ), относительная простота конструкции, не дефицитность материалов (в том числе - ВВ), применяемых в производстве, отсутствие необходимости в дополнительном оборудовании и в сложной оснастке.

Недостатком известного наиболее близкого к заявляемому устройства является определенная техническая сложность обеспечения строго параллельного оси УКЗ размещения на фиксированном расстоянии от внутренней стенки оболочки заряда-раздатчика детонационного импульса; особенно при больших длинах зарядов.

Кроме того известное наиболее близкое к заявляемому устройство по ряду причин широкого применения не получило. Главная из них заключается в том, что получение журнального постановления на применение таких ВВ повторного применения оказалось задачей практически неразрешимой; подавляющее большинство боеприпасов различного назначения либо уничтожаются подрывами, либо в них утилизируется только металл, а снаряжение сжигается, растворяется, вымывается или выплавляется с последующим уничтожением. Замена в известном наиболее близком к заявляемому устройстве высокобризантного ВВ повторного применения на недефицитные широко используемые во взрывном деле промышленные ВВ должного эффекта по достижению требуемой пробивной мощности УКЗ не дает. При дальнейшем увеличении массы ВВ в заряде (следовательно, при увеличении наружного диаметра или калибра заряда) существенно увеличиваются и крайне нежелательные побочные действия взрывов.

Техническое предложение по предлагаемому изобретению направлено на достижение технического результата, заключающегося в устранении указанных недостатков, а именно:

- в существенном повышении эффективности устройства при использовании в качестве снаряжения недефицитных промышленных ВВ;

- в упрощении конструкции устройства и улучшении технологичности его изготовления;

- в расширении функциональных возможностей и тактико-технических характеристик устройства.

Для достижения указанного технического результата устройство по предлагаемому изобретению как и известное наиболее близкое к нему содержит оболочку (корпус) из высокопластичного конструкционного материала с выполненной вдоль ее образующей V-образной кумулятивной выемкой, заполненную порошкообразным кристаллическим взрывчатым веществом, с размещенной между ВВ и внутренней поверхностью облицовки кумулятивной выемки с плотным прилеганием к облицовке тонкой (толщиной 0,1…0,2 мм) прокладки из полимерного материала.

В отличие от известного наиболее близкого к заявляемому устройства внутри взрывчатого вещества по всей длине заряда вдоль его оси на вертикальной оси симметрии сечения УКЗ напротив апекса кумулятивной выемки примерно на равном расстоянии от апекса и верхней точки тыльной стороны оболочки УКЗ выполнен канал круглого или осесимметричного эллиптического сечения, стенки которого могут быть облицованы тонким металлом. При этом большая ось эллипса совпадает с вертикальной осью симметрии сечения УКЗ. Отношение площадей диаметральных приведенных к окружности сечений канала и взрывчатого вещества УКЗ лежит в пределах 0,02…0,06. Со стороны одного торца заряда размещен дополнительный детонатор. С противоположного от дополнительного детонатора торца заряда канал может быть закрыт вставкой. Дополнительный детонатор и вставка выполнены из пластичного, эластичного или кри сталлического высокобризантного взрывчатого вещества (более мощного, чем ВВ, используемое для снаряжения УКЗ).

Из-за относительной простоты конструкции и недефицитности отечественных материалов и элементной базы, необходимых для производства предлагаемого устройства, оно обладает низкой стоимостью, высокой эффективностью реза, не требует задействования сложного дорогостоящего оборудования и приспособлений, привлечения высококвалифицированных исполнителей работ.

В основе принципа достижения высокой эффективности заявляемого устройства лежит известный в физике взрыва (Физика взрыва / Под ред. Л.П. Орленко. Изд. 3-е, переработанное. В 2 т. Т1. - М: ФИЗМАТЛИТ, 2002, с. 468-469) эффект пересжатой детонации, значительно повышающий взрывные показатели (прежде всего - скорость детонации и детонационное давление) любого ВВ в случае, когда на него воздействует либо метаемое тело (ударник), либо продукты взрыва более мощного ВВ.

Принцип работы устройства состоит в следующем.

При инциировании детонации с открытого торца УКЗ от штатного инициирующего устройства через дополнительный детонатор в снаряжении УКЗ начинает распространяться детонационный фронт. Наличие в снаряжении продольного не облицованного металлом канала круглого либо эллипсного сечения приводит к тому, что часть продуктов детонации (ПД) устремляется в канал и создает в нем волну сжатия высокой интенсивности. На оси канал формируется «маховский пятачок» вследствие схождения к ней ПД. Скорость распространения канальной волны значительно превышает скорость распространения детонации в основном взрывчатом веществе УКЗ, канальная волна будет инициировать снаряжение заряда, создавая в нем пересжатую детонационную волну.

Если канал облицован тонкостенным металлом, то при инициировании детонации в удлиненном кумулятивном заряде будет реализовываться несколько отличный от представленного выше механизм протекания взрывчатого превращения. От инициатора часть продуктов детонации поступает в канал, создавая волну сжатия. Распространяющийся по снаряжению детонационный фронт будет подвергать всестороннему обжатию металлическую оболочку и, следовательно, среду в канале, создавая в ней, как и в первом варианте, волну Маха. Переход этой волны в снаряжение заряда неизбежно приведет к реализации пересжатой детонации. Распространение пересжатой детонации в удлиненном кумулятивном заряде со скоростью в 1,3…1,5 раз выше, чем при штатном режиме, ведет к тому, что, во-первых, скорость метания фрагментов облицовки кумулятивной выемки увеличится. Как результат, увеличится и скорость движения головного и последующих элементов кумулятивного ножа, что приведет к существенному увеличению пробивной способности УКЗ, снаряженного, как отмечалось выше, низкобризантным промышленным ВВ.. Во-вторых, распространение скользящего детонационного фронта с высокой скоростью не только увеличит скорость кумулятивного ножа, но и будет способствовать изменению в сторону уменьшения его склонения (отклонения вектора движения кумулятивного ножа от нормали к поверхности разрезаемой преграды). Набегание кумулятивного ножа на преграду под углом близком к 90 приведет к увеличению пробивной способности заряда.

Герметизация канала со стороны, противоположной размещению дополнительного детонатора, вставкой из высокобризантного ВВ может еще увеличить скорость детонации основного взрывчатого вещества УКЗ в 1,5…1,7 раза (патент РФ №2524829 С2 МПК F42B, F42D, опубл. 10.08.2014).

Изобретение иллюстрируется рисунками (фиг. 1 и 2), на которых представлены принципиальные схемы предлагаемого устройства (с каналом круглого сечения без вставки и с каналом эллиптического сечения, загерметизированным вставкой из ВВ) при следующих принятых обозначениях: 1 - оболочка (корпус) УКЗ; 2 - кумулятивная выемка; 3 - основное ВВ (снаряжение) УКЗ; 4 - полимерная прокладка; 5 - полый канал; 6 - дополнительный детонатор; 7 - инициирующее устройство; 8 - вставка.

Из известных авторами патентно-информационных источников не известна совокупность признаков, сходных с признаками заявленного объекта - устройства.

Принцип работы предлагаемого устройства понятен из описанного выше механизма формирования пересжатой детонации.